JP2014025791A - キャリブレーション装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】構成をより簡易にすることができるキャリブレーション装置およびプログラムを提供する。
【解決手段】ＣＰＵ４０ｃは、ジャイロセンサと、地磁気センサ、加速度センサ、および距離センサのうち少なくとも１つのセンサとの出力値を取得する。ＣＰＵ４０ｃは、ジャイロセンサの出力値に基づいて、これらのセンサを収納するハウジングの姿勢が第１の姿勢であるときの第１の期間、およびハウジングの姿勢が第２の姿勢であるときの第２の期間を算出し、第１の期間および第２の期間における少なくとも１つのセンサの出力値に基づいて少なくとも１つのセンサのキャリブレーションを行う。
【選択図】図８

Description

本発明は、センサのキャリブレーションを行うキャリブレーション装置に関する。また、本発明は、コンピュータにセンサのキャリブレーションを実行させるためのプログラムにも関する。

ジャイロセンサ、加速度センサ、地磁気センサ等の複数のセンサを有し、それらのセンサのキャリブレーションを行う装置が特許文献１に開示されている。この装置では、ジャイロセンサ、加速度センサ、地磁気センサ等を組み合わせた複合センサが、モータにより回転するターンテーブルに載置されている。また、ターンテーブルの回転軸が重力方向と水平方向のどちらの方向であるのかを検出するための倒立センサが設けられている。

特開２０１０−２８１５９８号公報

しかし、特許文献１に開示された装置では、センサを回転させるための機構（ターンテーブル、モータ）や、回転軸の方向を検出するための機構（倒立センサ）が必要であるため、装置の構成が複雑となる。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、構成をより簡易にすることができるキャリブレーション装置およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、ジャイロセンサと、地磁気センサ、加速度センサ、および距離センサのうち少なくとも１つのセンサと、前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも１つのセンサが搭載され、少なくとも２つの姿勢が定義されているハウジングと、前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも１つのセンサの出力値を取得するプロセッサと、を備え、前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第１の姿勢であるときの第１の期間、および前記ハウジングの姿勢が第２の姿勢であるときの第２の期間を算出し、前記第１の期間および前記第２の期間における前記少なくとも１つのセンサの出力値に基づいて前記少なくとも１つのセンサのキャリブレーションを行うことを特徴とするキャリブレーション装置である。

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が前記第１の姿勢から前記第２の姿勢に移行しているときの移行期間を算出し、前記第１の期間または前記第２の期間における前記ジャイロセンサの出力値と、前記移行期間における前記ジャイロセンサの出力値とに基づいて前記ジャイロセンサのキャリブレーションを行うことを特徴とする。

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記ジャイロセンサは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸のジャイロセンサであり、前記ハウジングの４つの姿勢が定義されており、前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第１の姿勢であるときの第１の期間、前記ハウジングの姿勢が第２の姿勢であるときの第２の期間、前記ハウジングの姿勢が第３の姿勢であるときの第３の期間、前記ハウジングの姿勢が第４の姿勢であるときの第４の期間、前記ハウジングの姿勢が前記第１の姿勢から前記第２の姿勢に移行しているときの第１の移行期間、前記ハウジングの姿勢が前記第２の姿勢から前記第３の姿勢に移行しているときの第２の移行期間、および前記ハウジングの姿勢が前記第３の姿勢から前記第４の姿勢に移行しているときの第３の移行期間を算出し、前記第１の期間、前記第２の期間、前記第３の期間、および前記第４の期間のいずれかの期間における前記ジャイロセンサの出力値に基づいて前記ジャイロセンサの３軸のオフセットを算出し、前記第１の移行期間、前記第２の移行期間、および前記第３の移行期間における前記ジャイロセンサの出力値に基づいて前記ジャイロセンサの３軸の補正係数を算出することを特徴とする。

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記加速度センサは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加速度センサであり、前記ハウジングの３つの姿勢が定義されており、前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第１の姿勢であるときの第１の期間、前記ハウジングの姿勢が第２の姿勢であるときの第２の期間、および前記ハウジングの姿勢が第３の姿勢であるときの第３の期間を算出し、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間における前記加速度センサの出力値に基づいて前記加速度センサのキャリブレーションを行うことを特徴とする。

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記プロセッサは、前記第１の期間および前記第２の期間の一方における前記加速度センサの出力値に基づいて前記加速度センサの３軸のうち２軸のオフセットを算出し、前記第１の期間および前記第２の期間の他方における前記加速度センサの出力値に基づいて前記加速度センサの３軸のうち残り１軸のオフセットを算出し、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間における前記ジャイロセンサの出力値に基づいて前記加速度センサの３軸の補正係数を算出することを特徴とする。

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記地磁気センサは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加速度センサであり、前記ハウジングの３つの姿勢が定義されており、前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第１の姿勢であるときの第１の期間、前記ハウジングの姿勢が第２の姿勢であるときの第２の期間、および前記ハウジングの姿勢が第３の姿勢であるときの第３の期間を算出し、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間における前記地磁気センサの出力値に基づいて前記地磁気センサのキャリブレーションを行うことを特徴とする。

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記プロセッサは、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間における前記地磁気センサの出力値に基づいて前記地磁気センサの３軸のオフセットおよび補正係数を算出することを特徴とする。

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記プロセッサは、前記第１の期間および前記第２の期間における前記距離センサの出力値に基づいて前記距離センサのキャリブレーションを行うことを特徴とする。

また、本発明のキャリブレーション装置において、前記ハウジングの姿勢が前記第１の姿勢であるときと前記第２の姿勢であるときとで、前記ハウジングの内部の構造体と前記距離センサとの距離が異なることを特徴とする。

また、本発明は、ジャイロセンサと、地磁気センサ、加速度センサ、および距離センサのうち少なくとも１つのセンサと、前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも１つのセンサが搭載され、少なくとも２つの姿勢が定義されているハウジングと、前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも１つのセンサの出力値を取得するプロセッサと、を備えたキャリブレーション装置の前記プロセッサに、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第１の姿勢であるときの第１の期間、および前記ハウジングの姿勢が第２の姿勢であるときの第２の期間を算出する第１のステップと、前記第１の期間および前記第２の期間における前記少なくとも１つのセンサの出力値に基づいて前記少なくとも１つのセンサのキャリブレーションを行う第２のステップと、を実行させるためのプログラムである。

本発明によれば、ジャイロセンサの出力値に基づいて、ハウジングの複数の姿勢に対応した複数の期間を算出し、複数の期間における他のセンサの出力値に基づいて他のセンサのキャリブレーションを行うことによって、構成をより簡易にすることができる。

本発明の一実施形態による内視鏡システムの構成を示す構成図である。 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有する先端アダプタの外観図である。 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有する先端アダプタの構成を示す透過図である。 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有する先端アダプタを内視鏡装置の内視鏡挿入部に装着する様子を示す透過図である。 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有する先端アダプタに搭載される距離センサの構成および距離測定の原理を示す参考図である。 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有する先端アダプタに搭載される２枚の基板の接続を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有する内視鏡装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有する表示器の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有するキャリブレーションボックスの構成を示す構成図である。 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有するキャリブレーションボックスの構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による内視鏡システムが有するキャリブレーションボックスの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態におけるセンシングソフトの画面を示す参考図である。 本発明の一実施形態におけるセンシング計測ソフトによる動作の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるセンシングソフトの画面を示す参考図である。 本発明の一実施形態におけるキャリブレーション作業の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるキャリブレーション処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるジャイロセンサのキャリブレーション処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるジャイロセンサのセンサデータのグラフである。 本発明の一実施形態におけるジャイロセンサのセンサデータのグラフである。 本発明の一実施形態におけるジャイロセンサのセンサデータのグラフである。 本発明の一実施形態における加速度センサのキャリブレーション処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における加速度センサのセンサデータのグラフである。 本発明の一実施形態における加速度センサのセンサデータのグラフである。 本発明の一実施形態における地磁気センサのキャリブレーション処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における地磁気センサのセンサデータのグラフである。 本発明の一実施形態における地磁気センサのセンサデータのグラフである。 本発明の一実施形態における距離センサのキャリブレーション処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における距離センサのセンサデータのグラフである。 本発明の一実施形態における距離センサのサンプル値のグラフである。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態による内視鏡システムの構成を示している。図１に示す内視鏡システムは、先端アダプタ１、内視鏡挿入部２０を有する内視鏡装置２、および表示器３で構成されている。

先端アダプタ１は、内視鏡装置２を用いた被検体の観察時や計測時における内視鏡挿入部２０の方向および内視鏡挿入部２０の先端から被検体までの距離を取得するためのユニットである。先端アダプタ１には各種センサが搭載されている。また、先端アダプタ１は内視鏡挿入部２０に対して着脱が可能である。内視鏡装置２が有する光源や撮像素子等が発生する熱が各種センサに影響を与えたり、内視鏡挿入部２０の硬質な部分を構成する金属が地磁気センサに影響を与えたりするため、先端アダプタ１が有する各種センサのキャリブレーションが行われる。

内視鏡装置２は、被検体の観察や計測を行うための機器である。先端アダプタ１が装着された内視鏡挿入部２０が被検体に挿入された状態で、内視鏡挿入部２０内の撮像素子により画像が撮像される。表示器３は、先端アダプタ１を制御するための機器である。表示器３は、通信線４により先端アダプタ１と接続されている。

次に、先端アダプタ１の構成を説明する。図２は先端アダプタ１の外観を示している。図２（ａ）は先端アダプタ１の正面図であり、図２（ｂ）は先端アダプタ１の側面図である。先端アダプタ１はプラスチック製の外装カバー１０で覆われている。後述するように、先端アダプタ１の内部には地磁気センサが搭載されているので、先端アダプタ１に金属は使用されていない。

図２（ａ）のように先端アダプタ１を正面から見ると、外装カバー１０の周囲の一部が円形形状、他の一部が直線形状となっている。これは、後述するキャリブレーションボックスの内部に、先端アダプタ１を所定の方向に向けて固定して収納させるためである。外装カバー１０の正面中央部には着脱穴１１が開いており、この着脱穴１１に内視鏡挿入部２０が挿入されて固定される。

外装カバー１０の正面上部には、センサライン１２が引かれている。センサライン１２は、先端アダプタ１の内部において、後述するセンサボードが配置されている位置を示すためのものある。外装カバー１０の正面左には、外装カバー１０の内部に設置された、後述する距離センサ３００の発光レンズ３０１および受光レンズ３０２が外から見えるようになっている。

図２（ｂ）のように、先端アダプタ１を側面から見ると、外装カバー１０の後方から通信線４が伸びている。通信線４は、先端アダプタ１と表示器３との間で通信および電源供給を行うためのものである。

図３は、先端アダプタ１の外装カバー１０を透過して先端アダプタ１の内部を見た場合の先端アダプタ１の構成を示している。図３（ａ）は先端アダプタ１の正面図であり、図３（ｂ）は先端アダプタ１の側面図であり、図３（ｃ）は先端アダプタ１の斜視図である。外装カバー１０の内部には、２枚の基板（メインボード１３、センサボード１４）が配置されている。図３（ａ）のように、先端アダプタ１を正面から見ると、外装カバー１０の内部において、中央部にメインボード１３が垂直方向に配置され、上部にセンサボード１４が水平方向に配置されている。

メインボード１３は、先端アダプタ１の全体を制御する基板であり、主にマイコン（マイクロコンピュータ）３１０（ＭＣ）および距離センサ３００（ＤＳ）が配置されている。メインボード１３の中央部にも、着脱穴１１が開いている。センサボード１４は、先端アダプタ１の方向を検知するためのセンサが搭載された基板であり、ジャイロセンサ・加速度センサ・地磁気センサを含むセンサ群３２０が配置されている。

メインボード１３とセンサボード１４とがそれぞれ離れて配置されている理由は、センサボード１４上の各種センサが、ノイズや熱の影響を受けやすいからである。図３（ｂ）のように、先端アダプタ１を側面から見ると、メインボード１３の後方から通信線４が伸びている。また、メインボード１３とセンサボード１４は、それぞれフラットケーブル１５で接続されている。図３（ｃ）のように、先端アダプタ１を斜めに見ると、センサボード１４上にジャイロセンサ３２１（ＧＳ）、加速度センサ３２２（ＡＳ）、および地磁気センサ３２３（ＭＳ）が搭載されている。

図４は、先端アダプタ１を内視鏡挿入部２０に装着する様子を示している。図４では、先端アダプタ１は、外装カバー１０を透過した状態で示されている。先端アダプタ１の装着穴１１に後方から内視鏡挿入部２０が差し込まれることで、先端アダプタ１が内視鏡挿入部２０に装着される。先端アダプタ１が内視鏡挿入部２０に装着されたときの先端アダプタ１の先端の位置と内視鏡挿入部２０の先端位置とがそれぞれ一致するように、先端アダプタ１の装着位置が決められている。

内視鏡挿入部２０は、先端側から順に、硬質部２００、湾曲部２０１で構成されている。先端アダプタ１の長さは、先端アダプタ１が内視鏡挿入部２０に装着されたときに先端アダプタ１が硬質部２００のみを覆うように、硬質部２００の長さよりも短くなっている。これは、先端アダプタ１が湾曲部２０１まで覆ってしまうことにより、内視鏡の先端を湾曲させる際の障害にならないようにするためである。

次に、先端アダプタ１に搭載される各種センサについて説明する。ジャイロセンサ３２１は、センサ自体がもつ基準軸に対して、センサが回転したときの角速度を検知するセンサである。加速度センサ３２２は、センサ自体に加わる加速度を検知するセンサであり、重力加速度も検知可能である。地磁気センサ３２３は、センサ自体に加わる地磁気を検知するセンサであり、磁石等から発する磁気も検知可能である。距離センサ３００は、センサから被検体までの距離を測定するセンサである。ジャイロセンサ３２１、加速度センサ３２２、地磁気センサ３２３はそれぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸のセンサである。

以下、距離センサ３００の構成を説明する。図３（ｃ）のように、距離センサ３００の前面には、発光レンズ３０１と受光レンズ３０２とが並んで配置されている。図５は、距離センサ３００の構成と、距離センサ３００が距離を測定する原理とを示している。発光レンズ３０１の内部には、赤外線を照射するＬＥＤ３０３が搭載され、受光レンズ３０２の内部には、光位置センサ３０４が搭載されている。光位置センサ（Position Sensitive Detector、PSD）とは、入射したスポット光の光量の重心位置を求めることのできるセンサである。

以下、距離センサ３００が、センサから被検体までの距離を測定する原理を説明する。距離センサ３００の内部に配置されたＬＥＤ３０３から発光レンズ３０１を介して赤外線が照射され、その赤外線が被検体４００に当たって反射する。その反射光が受光レンズ３０２に入射し、距離センサ３００の内部に配置された光位置センサ３０４に入射する。光位置センサ３０４は、光位置センサ３０４上に反射光が入射した位置（入射位置）を検知する。発光レンズ３０１−受光レンズ３０２間の距離と、光位置センサ３０４上の入射位置との関係から、三角測量の原理を用いて、被検体４００までの距離を検知できる。

三角測量の原理から、被検体までの距離と入射位置とは、それぞれ反比例の関係にある。また、距離センサの出力（例えばアナログ電圧）と、入射位置とは比例する。そのため、距離センサ３００の出力値と被検体までの距離とは、それぞれ反比例の関係にある。

図６は、先端アダプタ１のメインボード１３とセンサボード１４との接続を示している。メインボード１３とセンサボード１４とがフラットケーブル１５によって電気的に接続され、メインボード１３と表示器３とが通信線４によって電気的に接続される。

図６（ａ）は、先端アダプタ１の通信接続を示している。メインボード１３上のマイコン３１０とセンサボード１４上の各センサとの間で、フラットケーブル１５を介して通信が行われ、マイコン３１０が各センサから各センサの出力値であるセンサデータを取得する。また、マイコン３１０は距離センサ３００からもセンサデータを取得する。このときの通信方式は、シリアル通信（ＳＰＩ、Ｉ２Ｃ）やAD変換で良い。マイコン３１０は、取得したセンサデータを、通信線４を介して表示器３に送信する。このときの通信方式は、シリアル通信（ＲＳ２３２Ｃ）で良い。

図６（ｂ）は、先端アダプタ１における電源供給を示している。表示器３にはバッテリーが内蔵され、このバッテリーから通信線４を介してメインボード１３に電源が供給される。メインボード１３に供給された電源は、マイコン３１０および距離センサ３００に供給される。さらに、電源は、フラットケーブル１５を介して、センサボード１４上の各センサにも供給される。

次に、内視鏡装置２の構成を説明する。図７は内視鏡装置２の構成を示している。内視鏡装置２は、内視鏡挿入部２０、内視鏡装置本体２１、モニタ２２、およびリモコン（リモートコントローラ）２３で構成されている。内視鏡挿入部２０の先端には、撮像光学系３０ａおよび撮像素子３０ｂが内蔵されている。また、内視鏡装置本体２１には、画像信号処理装置（ＣＣＵ）３１、光源３２、湾曲制御ユニット３３、および制御用コンピュータ３４が内蔵されている。

内視鏡挿入部２０において、撮像光学系３０ａは被写体（被検体）からの光を集光し、撮像素子３０ｂの撮像面上に被写体像を結像する。撮像素子３０ｂは、被写体像を光電変換して撮像信号を生成する。撮像素子３０ｂから出力された撮像信号は画像信号処理装置３１に入力される。

内視鏡装置本体２１において、画像信号処理装置３１は、撮像素子３０ｂからの撮像信号をＮＴＳＣ信号等の映像信号に変換して制御用コンピュータ３４に供給し、さらに必要に応じてアナログビデオ出力として、外部に出力する。

光源３２は、光ファイバ等を通じて内視鏡挿入部２０の先端に接続されており、光を外部に照射することができる。湾曲制御ユニット３３は内視鏡挿入部２０の先端と接続されており、先端を上下左右に湾曲させることができる。光源３２および湾曲制御ユニット３３の制御は、制御用コンピュータ３４によって行われる。

制御用コンピュータ３４は、ＲＡＭ３４ａ、ＲＯＭ３４ｂ、ＣＰＵ３４ｃ、外部インターフェースであるＲＳ２３２Ｃ Ｉ／Ｆ３４ｄ、カード Ｉ／Ｆ３４ｅで構成されている。ＲＡＭ３４ａは、ソフトウェア動作に必要な画像情報等のデータを一時記憶するために使用される。ＲＯＭ３４ｂには、内視鏡装置２を制御するための一連のソフトウェア（プログラム）が記憶されている。ＣＰＵ３４ｃは、ＲＯＭ３４ｂに記憶されているソフトウェアの命令コードに従って、ＲＡＭ３４ａに記憶されたデータを用いて各種制御のための演算等を実行する。

ＲＳ２３２Ｃ Ｉ／Ｆ３４ｄは、リモコン２３と接続するためのインターフェースであり、このリモコン２３をユーザが操作することによって、内視鏡装置２の各種動作を制御することができる。カード Ｉ／Ｆ３４ｅは、記録媒体である各種メモリカード９０を自由に着脱できるようになっている。メモリカード９０を装着することにより、ＣＰＵ３４ｃの制御によって、メモリカード９０に記憶されている画像情報等のデータを取り込み、あるいは画像情報等のデータをメモリカード９０に記録することができる。

次に、表示器３の構成を説明する。図８は表示器３の構成を示している。表示器３は、制御用コンピュータ４０、モニタ４１、および電源供給部４２で構成されている。制御用コンピュータ４０は、ＲＡＭ４０ａ、ＲＯＭ４０ｂ、ＣＰＵ４０ｃ（プロセッサ）、外部インターフェースであるＲＳ２３２Ｃ Ｉ／Ｆ４０ｄで構成されている。

ＲＡＭ４０ａは、ソフトウェア動作に必要なセンサデータ等を一時記憶するために使用される。ＲＯＭ４０ｂには、表示器３を制御するための一連のソフトウェア（プログラム）が記憶されており、後述するセンシングソフトもＲＯＭ４０ｂに記憶されている。ＣＰＵ４０ｃは、ＲＯＭ４０ｂに記憶されているソフトウェアの命令コードに従って、ＲＡＭ４０ａに記憶されたデータを用いて各種制御のための演算等を実行する。

ＲＳ２３２Ｃ Ｉ／Ｆ４０ｄは、先端アダプタ１と表示器３を通信線４で接続し、先端アダプタ１と表示器３間でシリアル通信を行うためのインターフェースである。ＣＰＵ４０ｃからの指示により、ＲＳ２３２Ｃ Ｉ／Ｆ４０ｄを介して、表示器３は先端アダプタ１からセンサデータを受信することができる。

モニタ４１は、ＣＰＵ４０ｃによって生成された、センシングソフトのＧＵＩ（グラフィカルユーザインターフェース）等のグラフィック画像信号（表示信号）に基づいて画像を表示する。また、モニタ４１は、タッチパネルとして構成されており、ユーザがモニタ４１の画面を押下することによる操作情報をＣＰＵ４０ｃへ出力する。電源供給部４２（バッテリー）は、制御用コンピュータ４０およびモニタ４１に電源を供給するとともに、通信線４を介して先端アダプタ１にも電源を供給する。

次に、先端アダプタ１内の各センサのキャリブレーションを行う際に先端アダプタ１が収納されるハウジングであるキャリブレーションボックスの構成を説明する。図９はキャリブレーションボックス５の外観を示している。キャリブレーションボックス５の形状は直方体である。後述するように、キャリブレーションボックス５は、直方体の外形を構成する面のうちどの面を下にしてキャリブレーションボックス５を設置するかに応じて、異なる姿勢をとる。後述するキャリブレーション作業において、キャリブレーションボックス５を滑らかに回転させるため、キャリブレーションボックス５の角が曲面を有するように構成されていることが望ましい。先端アダプタ１、表示器３、およびキャリブレーションボックス５は、先端アダプタ１内の各センサのキャリブレーションを行うキャリブレーション装置を構成する。

キャリブレーションボックス５の側面の上部には、センサライン５０が引かれている。センサライン５０は、キャリブレーションボックス５の内部に先端アダプタ１を設置したときに、センサボード１４が配置されている位置を示すためのものある。キャリブレーションボックス５は開閉式である。

図１０は、キャリブレーションボックス５が開かれたときのキャリブレーションボックス５の斜視図である。キャリブレーションボックス５は、蝶つがい５１を軸に開閉できるようになっている。キャリブレーションボックス５の内部の後方（奥側）は、先端アダプタ１の外装カバー１０と同じ形をしており、図１０のように、内視鏡挿入部２０に先端アダプタ１が装着された状態で先端アダプタ１を設置および固定できるようになっている。このとき、先端アダプタ１は、先端アダプタ１のセンサライン１２が、キャリブレーションボックス５のセンサライン５０と同じ方向（平行）になるように設置される。

キャリブレーションボックス５の内部の前方（手前側）には、直方形状の空間５２があり、その後方には回転板５３が設置されている。回転板５３は、キャリブレーションボックス５の姿勢すなわちキャリブレーションボックス５の設置方向に応じて、軸を中心に回転するように構成されている。

図１１は、先端アダプタ１が設置された状態のキャリブレーションボックス５の断面を示している。図１１（ａ）は、キャリブレーションボックス５の最も広い面が水平、かつ回転板５３の軸が上側になるように設置した場合のキャリブレーションボックス５の内部を示している。このとき、回転板５３は、重力方向である下方向に回転し、先端アダプタ１から前方に距離Ｄ１だけ離れた位置に静止する。後述するキャリブレーション処理の際に、先端アダプタ１内の距離センサ３００は、先端アダプタ１から回転板５３までの距離Ｄ１を測定する。図１１（ｂ）は、キャリブレーションボックス５を、設置された先端アダプタ１の先端側に位置するキャリブレーションボックス５の最も狭い面が水平になるように設置した場合のキャリブレーションボックス５の内部の構成を示している。このときも、回転板５３は、重力方向である下方向に回転し、回転板５３の主面とキャリブレーションボックス５の内壁とが略平行な状態で静止する。後述するキャリブレーション処理の際に、先端アダプタ１内の距離センサ３００は、先端アダプタ１からキャリブレーションボックス５の内壁までの距離Ｄ２（Ｄ１＜Ｄ２）を測定する。

このとき、回転板５３は、重力方向に応じて、クリック機構により、図１１（ａ）および（ｂ）の回転位置に一時的に固定されるが、それ以外の位置には固定されることはない。このように、キャリブレーションボックス５の設置方向に応じて、先端アダプタ１の先端から、前方に位置する物体までの距離が距離Ｄ１，Ｄ２と変化する。これを利用することで、後述するキャリブレーション時に、キャリブレーションボックス５を回転させ、キャリブレーションボックス５の設置方向（姿勢）を変化させることによって、距離センサ３００のセンサデータを２種類、取得することができる。

ここで、図９を用いて、キャリブレーションボックス５の方向軸および回転軸を定義する。図９では、キャリブレーションボックス５の内部に、内視鏡挿入部２０が装着された先端アダプタ１が設置され、キャリブレーションボックス５のセンサライン５０が上側を向き、かつ内視鏡挿入部２０が手前側を向き、さらにキャリブレーションボックス５が水平となるように設置された状態が示されている。このとき、キャリブレーションボックス５の右方向をＸ軸方向、キャリブレーションボックス５の前方向をＹ軸方向、キャリブレーションボックス５の上方向をＺ軸方向とする。さらに、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれに対して、右ねじの回転方向を、それぞれＸ軸回転方向、Ｙ軸回転方向、Ｚ軸回転方向とする。

次に、表示器３で動作するセンシングソフトの画面を説明する。図１２は、センシングソフトのメインウィンドウである。図１２に示すメインウィンドウ１２００は、ユーザがセンシングソフトを起動した際にモニタ４１に表示される。ＣＰＵ４０ｃは、センシングソフトに従って、メインウィンドウ１２００内の各種ＧＵＩの操作に基づく処理を行う。メインウィンドウ１２００の表示は、ＣＰＵ４０ｃによる制御に従って行われる。ＣＰＵ４０ｃは、メインウィンドウ１２００を表示するためのグラフィック画像信号（表示信号）を生成し、モニタ４１へ出力する。ユーザは、ＧＵＩ機能を利用して、メインウィンドウ１２００を操作し、各種の指示を入力する。

また、メインウィンドウ１２００上のＧＵＩの表示状態を更新する場合、ＣＰＵ４０ｃは、更新後のメインウィンドウ１２００に対応したグラフィック画像信号を生成し、上記と同様の処理を行う。メインウィンドウ１２００以外のウィンドウの表示に係る処理も上記と同様である。以下、メインウィンドウ１２００等を表示（更新も含む）するためにＣＰＵ４０ｃがグラフィック画像信号を生成する処理のことを、メインウィンドウ１２００等を表示するための処理と記載する。

以下、メインウィンドウ１２００上に配置された各種ＧＵＩについて説明する。メインウィンドウ１２００の左上部には、[測定結果]ボックス１２１０が配置されている。[測定結果]ボックス１２１０には、測定結果データが表示される。測定結果データとは、先端アダプタ１内のセンサボード１４の湾曲方向（ヨー、ロール、ピッチ）のデータ、および先端アダプタ１から被検体までの距離のデータのことである。

メインウィンドウ１２００の中央部には、[距離データ]インジケータ１２２０が配置されている。[距離データ]インジケータ１２２０は、バーによりサイズを表示するＧＵＩであり、先端アダプタ１から被検体までの距離の大きさによって、バーの長さが変化する。

メインウィンドウ１２００の下部左側には、[ヨー方向]インジケータ１２３０が配置されている。[ヨー方向]インジケータ１２３０は、コンパスにより方向を表示するＧＵＩであり、内視鏡挿入部２０のヨー方向（上下を軸とした回転方向、方位角方向）によって、コンパスの方向が変化する。

メインウィンドウ１２００の下部中央には、[ロール方向]インジケータ１２４０が配置されている。[ロール方向]インジケータ１２４０は、コンパスにより方向を表示するＧＵＩであり、内視鏡挿入部２０のロール方向（前後を軸とした回転方向）によって、コンパスの方向が変化する。

メインウィンドウ１２００の下部右側には、[ピッチ方向]インジケータ１２５０が配置されている。[ピッチ方向]インジケータ１２５０は、コンパスにより方向を表示するＧＵＩであり、内視鏡挿入部２０のピッチ方向（左右を軸とした回転方向）によって、コンパスの方向が変化する。

メインウィンドウ１２００の右上部には、[測定開始]ボタン１２６０、[測定停止]ボタン１２７０、[キャリブレーション]ボタン１２８０がそれぞれ配置されている。[測定開始]ボタン１２６０は、各センサの測定結果である測定結果データの取得を開始するためのボタンである。[測定開始]ボタン１２６０が押下されると、先端アダプタ１内のセンサボード１４から測定結果データが連続的に取得され、[測定結果]ボックス１２１０および各種インジケータに、その結果が反映される。

[測定停止]ボタン１２７０は、測定結果データの取得を停止するためのボタンである。[測定停止]ボタン１２７０が押下されると、測定状態、すなわち先端ボードから測定結果データが連続的に取得される状態が停止する。[キャリブレーション]ボタン１２８０は、先端アダプタ１に内蔵された各種センサのキャリブレーションを行うためのボタンである。[キャリブレーション]ボタン１２８０が押下されると、キャリブレーションウィンドウが表示され、ユーザはキャリブレーションウィンドウを介して、キャリブレーションを行うことができる。

次に、図１３を用いて、センシングソフトの動作の流れを説明する。ステップＳ１００では、ユーザが、センシングソフトを起動する指示を入力する。ステップＳ１０５では、ＣＰＵ４０ｃが、ユーザにより入力された指示を検出し、メインウィンドウ１２００を表示する処理を行う。ステップＳ１１０では、ユーザが[キャリブレーション]ボタン１２８０を押下する。ステップＳ１１５では、ＣＰＵ４０ｃが、ユーザにより[キャリブレーション]ボタン１２８０が押下されたことを検出し、ユーザが行うキャリブレーション作業に従って処理を行う。キャリブレーション作業の詳細については、後述する。

ステップＳ１２０では、ユーザが[測定開始]ボタン１２６０を押下する。ステップＳ１２５では、ＣＰＵ４０ｃが、ユーザにより[測定開始]ボタン１２６０が押下されたことを検出し、先端アダプタ１に対して、センサデータの送信を要求する。ステップＳ１３０では、ＣＰＵ４０ｃが、先端アダプタ１から送信されたセンサデータを受信する。

ステップＳ１３５では、ＣＰＵ４０ｃが、受信したセンサデータに基づいて、先端アダプタ１の湾曲方向および先端アダプタ１から被検体までの距離を算出し、算出結果である湾曲方向データおよび距離データを生成する。ステップＳ１４０では、ＣＰＵ４０ｃが、算出した湾曲方向および距離を[測定結果]ボックス１２１０に表示するための処理を行う。また、ＣＰＵ４０ｃは、[距離データ]インジケータ１２２０のバーを、距離データの大きさに応じて変化させる。ステップＳ１２５〜Ｓ１４０は、ユーザが[測定停止]ボタン１２７０を押下するまで、繰り返される。

ステップＳ１４５では、ユーザが、センシングソフトを終了する指示を入力する。ステップＳ１５０では、ＣＰＵ４０ｃが、ユーザにより入力された指示を検出し、メインウィンドウ１２００を非表示とし、全てのソフトウェア動作を終了する。

上記の処理の流れでは、キャリブレーション、測定、ソフトウェア終了の順で処理が進んでいるが、必ずしも処理の順番はこの通りではなく、キャリブレーションを行う前に測定を行うこともできるし、測定を行う前にソフトウェアを終了することもできる。

図１４は、ステップＳ１１０でユーザが[キャリブレーション]ボタン１２８０を押下した際にモニタ４１に表示されるキャリブレーションウィンドウである。図１４に示すキャリブレーションウィンドウ１４００の表示は、ＣＰＵ４０ｃによる制御に従って行われる。ＣＰＵ４０ｃは、キャリブレーションウィンドウ１４００を表示するためのグラフィック画像信号（表示信号）を生成し、モニタ４１へ出力する。ユーザは、ＧＵＩ機能を利用して、キャリブレーションウィンドウ１４００を操作し、各種の指示を入力する。

以下、キャリブレーションウィンドウ１４００上に配置された各種ＧＵＩについて説明する。キャリブレーションウィンドウ１４００の左上部には、指示メッセージ１４１０が表示されている。指示メッセージ１４１０は、先端アダプタ１のキャリブレーションをユーザが行う際に必要になる作業を指示するメッセージである。

キャリブレーションウィンドウ１４００の下部には、キャリブレーションボックス５の設置方向イラスト１４２０が表示されている。設置方向イラスト１４２０は、先端アダプタ１のキャリブレーションをユーザが行う際に必要になる作業を示したイラストである。これは、指示メッセージ１４１０の内容を、そのままイラスト化したものである。

キャリブレーションウィンドウ１４００の右上部には、[開始]ボタン１４３０および[停止]ボタン１４４０が配置されている。[開始]ボタン１４３０および[停止]ボタン１４４０は、それぞれキャリブレーションを開始、停止するためのボタンである。

キャリブレーションウィンドウ１４００の中央部には、処理中メッセージ１４５０が表示されている。処理中メッセージ１４５０は、キャリブレーション計算中であることをユーザに通知するメッセージである。

次に、図１５を用いて、キャリブレーション作業の流れを説明する。ステップＳ１１０でユーザが[キャリブレーション]ボタン１２８０を押下すると、ステップＳ２００では、ＣＰＵ４０ｃは、キャリブレーションウィンドウ１４００を表示するための処理を行う。このとき表示されるキャリブレーションウィンドウ１４００はモーダルウィンドウであり、ユーザはキャリブレーションウィンドウ１４００のみを操作可能な状態にある。さらに、キャリブレーションウィンドウ１４００は、メインウィンドウ１２００よりも常に上位（手前側）に重畳表示された状態にある。

ステップＳ２０５では、ユーザが[開始]ボタン１４３０を押下する。ステップＳ２１０では、ＣＰＵ４０ｃが、ユーザにより[開始]ボタン１４３０が押下されたことを検出し、各種センサデータの記録を開始する。これ以降、ＣＰＵ４０ｃは、ユーザにより[停止]ボタン１４４０が押下されたことを検出するまで、所定のサンプリング周期で先端アダプタ１からセンサデータを受信し、受信したセンサデータをＲＡＭ４０ａに追加記録し続ける。

ステップＳ２１５では、ＣＰＵ４０ｃが、図１４のように、キャリブレーションに必要な作業をユーザに指示する指示メッセージ１４１０を表示するための処理を行う。ステップＳ２２０では、ユーザがキャリブレーションボックス５を設置方向１に設置する。設置方向１とは、図１４の設置方向イラスト１４２０が示すように、センサライン５０が上側を向き、かつ内視鏡挿入部２０が手前側を向き、さらにキャリブレーションボックス５の最も広い面が水平となるような設置方向（姿勢）のことである。

ステップＳ２２５では、ユーザがキャリブレーションボックス５を前方向に回転させ、設置方向２に設置する。設置方向２とは、図１４の設置方向イラスト１４２０が示すように、設置方向１から、キャリブレーションボックス５を前方向に９０度（ｄｅｇ）回転させた設置方向（姿勢）のことである。

ステップＳ２３０では、ユーザがキャリブレーションボックス５を右方向に回転させ、設置方向３に設置する。設置方向３とは、図１４の設置方向イラスト１４２０が示すように、設置方向２から、キャリブレーションボックス５を右方向に９０度（ｄｅｇ）回転させた設置方向（姿勢）のことである。

ステップＳ２３５では、ユーザがキャリブレーションボックス５を手前方向に回転させ、設置方向４に設置する。設置方向４とは、図１４の設置方向イラスト１４２０が示すように、設置方向３から、キャリブレーションボックス５を手前方向に９０度（ｄｅｇ）回転させた設置方向のことである。

ステップＳ２２０〜Ｓ２３５において、ユーザは、キャリブレーションボックス５の回転・設置作業を、所定の時間をかけながら行うものとする。例えば、１ｓｅｃをかけてキャリブレーションボックス５の回転作業を行い、所定の設置方向にキャリブレーションボックス５を設置した後には１ｓｅｃ待ってから、再度回転作業を行う、などである。この理由は、ＣＰＵ４０ｃが、キャリブレーションボックス５の回転中および設置中のセンサデータを確実に用いて、後述するキャリブレーション処理を行う必要があるからである。

ステップＳ２４０では、ユーザが[停止]ボタン１４４０を押下する。ステップＳ２４５では、ＣＰＵ４０ｃが、ユーザにより[停止]ボタン１４４０が押下されたことを検出し、各種センサデータの記録を停止する。ステップＳ２５０では、ＣＰＵ４０ｃが、図１４のように、キャリブレーション計算中であることをユーザに通知する処理中メッセージ１４５０を表示するための処理を行う。

ステップＳ２５５では、ＣＰＵ４０ｃが、ＲＡＭ４０ａに記録された各種センサデータに基づいてキャリブレーション処理を行う。キャリブレーション処理の詳細については、後述する。ステップＳ２６０では、ＣＰＵ４０ｃが、キャリブレーションが終了したことをユーザに通知するメッセージを表示するための処理を行い、キャリブレーション作業を終了する。

次に、図１６を用いて、ステップＳ２５５における、キャリブレーション処理の流れを説明する。ステップＳ３００では、ＣＰＵ４０ｃが、ジャイロセンサ３２１のセンサデータに基づいてジャイロセンサ３２１のキャリブレーション処理を行う。ジャイロセンサ３２１のキャリブレーション処理の詳細については、後述する。ステップＳ３０５では、ＣＰＵ４０ｃが、加速度センサ３２２のセンサデータに基づいて加速度センサ３２２のキャリブレーション処理を行う。加速度センサ３２２のキャリブレーション処理の詳細については、後述する。

ステップＳ３１０では、ＣＰＵ４０ｃが、地磁気センサ３２３のセンサデータに基づいて地磁気センサ３２３のキャリブレーション処理を行う。地磁気センサ３２３のキャリブレーション処理の詳細については、後述する。ステップＳ３１５では、ＣＰＵ４０ｃが、距離センサ３００のセンサデータに基づいて距離センサ３００のキャリブレーション処理を行い、キャリブレーション処理を終了する。距離センサ３００のキャリブレーション処理の詳細については、後述する。

次に、図１７を用いて、ステップＳ３００における、ジャイロセンサ３２１のキャリブレーション処理の流れを説明する。ステップＳ４００では、ＣＰＵ４０ｃが、ＲＡＭ３０ａに記録されたジャイロセンサ３２１のセンサデータを読み出す。ステップＳ４０５では、ＣＰＵ４０ｃが、読み出したセンサデータに基づいて、キャリブレーションボックス５の回転・静止タイミングを算出する。キャリブレーションボックス５の回転・静止タイミングとは、ステップＳ２２０〜Ｓ２３５において、ユーザがキャリブレーションボックス５を回転および設置（静止）させた期間のことである。

以下、図１８〜図２０を用いて、ＣＰＵ４０ｃが、ジャイロセンサ３２１のセンサデータに基づいて、キャリブレーションボックス５の回転・静止タイミングをどのように算出しているのかを説明する。図１８（ａ）は、ＲＡＭ４０ａに記録されたジャイロセンサ３２１のセンサデータのグラフである。横軸が時間（センサデータの取得時間）、縦軸が出力値である。ジャイロセンサ３２１は角速度を検出するセンサであるので、ジャイロセンサ３２１が静止していれば、センサデータはほとんど変化せず一定であり、ジャイロセンサ３２１が回転していれば、センサデータが大きく変化するはずである。

以下、図１８（ｂ）を用いながら、ジャイロセンサ３２１のセンサデータを時系列順（横軸方向）に説明していく。まず、最初の期間に注目する。この期間は、３軸の全てについて、センサデータが変化している。これは、ユーザが、キャリブレーションを開始してからキャリブレーションボックス５を設置方向１に設置するまでの準備期間である。

次の期間では、３軸の全てについて、センサデータが変化せずほぼ一定である。この期間は、ユーザがキャリブレーションボックス５を設置方向１に設置している期間（キャリブレーションボックス５が所定の姿勢で静止している静止期間）である。しかし、キャリブレーションボックス５が静止しているにも関わらず、センサデータは必ずしも０ではなく、所定の大きさの出力を示している。これはジャイロセンサ３２１の静止時のドリフト（変動）によるものである。

次の期間では、Ｘ軸のみのセンサデータが大きく変化している。この期間は、ユーザがキャリブレーションボックス５を、設置方向１から設置方向２へ回転させている期間（キャリブレーションボックス５の姿勢が次の姿勢へ移行している移行期間）である。キャリブレーションボックス５は前方向に回転しているので、Ｘ軸のみのセンサデータが変化することになる。

次の期間では、３軸の全てについて、センサデータが変化せずほぼ一定である。この期間は、ユーザがキャリブレーションボックス５を設置方向２に設置している期間（静止期間）である。

次の期間では、Ｚ軸のみについて、センサデータが大きく変化している。この期間は、ユーザがキャリブレーションボックス５を設置方向２から設置方向３へ回転させている期間（移行期間）である。キャリブレーションボックス５は右方向に回転しているので、Ｚ軸のみのセンサデータが変化することになる。

次の期間では、３軸の全てについて、センサデータが変化せずほぼ一定である。この期間は、ユーザがキャリブレーションボックス５を設置方向３に設置している期間（静止期間）である。

次の期間では、Ｙ軸のみについて、センサデータが大きく変化している。この期間は、ユーザがキャリブレーションボックス５を設置方向３から設置方向４へ回転させている期間（移行期間）である。キャリブレーションボックス５は手前方向に回転しているので、Ｙ軸のみのセンサデータが変化することになる。

最後の期間では、３軸の全てについて、センサデータが変化せずほぼ一定である。この期間は、ユーザがキャリブレーションボックス５を設置方向４に設置し、キャリブレーションを停止するまでの期間（静止期間）である。

このように、センサデータが、いつ、どのように変化しているのかを解析することによって、キャリブレーションボックス５がどのように回転・静止したのかを判別することができる。

ＣＰＵ４０ｃは、図１９（ａ）のように、センサデータに基づいて、キャリブレーションボックス５の回転・静止タイミングを、期間Ｐｈ１〜Ｐｈ８として算出する。以下は、各期間に関する説明である。
Ｐｈ１：ユーザがキャリブレーションボックス５の設置の準備を行っている。
Ｐｈ２：キャリブレーションボックス５が設置方向１に設置され、静止している。
Ｐｈ３：キャリブレーションボックス５が前方向に回転中である。
Ｐｈ４：キャリブレーションボックス５が設置方向２に設置され、静止している。
Ｐｈ５：キャリブレーションボックス５が右方向に回転中である。
Ｐｈ６：キャリブレーションボックス５が設置方向３に設置され、静止している。
Ｐｈ７：キャリブレーションボックス５が手前方向に回転中である。
Ｐｈ８：キャリブレーションボックス５が設置方向４に設置され、静止している。

期間Ｐｈ１〜Ｐｈ８の情報はＲＡＭ４０ａに記録される。後述するように、ＣＰＵ４０ｃは、ここで得られた期間Ｐｈ１〜Ｐｈ８を、他のセンサのキャリブレーション処理においても使用することになる。各センサのセンサデータは、その取得時間に応じて、期間Ｐｈ１〜Ｐｈ８のいずれかと関連付けられる。

続いて、ステップＳ４１０では、ＣＰＵ４０ｃが、ジャイロセンサ３２１の３軸のそれぞれのセンサデータのオフセット値を算出する。オフセット値とは、ジャイロセンサ３２１の静止時のドリフトによって、ジャイロセンサ３２１のセンサデータに加算されてしまう値のことである。ＣＰＵ４０ｃは、図１９（ｂ）のように、期間Ｐｈ２におけるジャイロセンサ３２１の３軸のセンサデータをそれぞれ時間平均することによって３軸のそれぞれのオフセット値を算出する。オフセット値は、期間Ｐｈ４または期間Ｐｈ６におけるジャイロセンサ３２１のセンサデータを時間平均することによって算出してもよい。

ステップＳ４１５では、ＣＰＵ４０ｃが、ジャイロセンサ３２１の３軸のそれぞれのセンサデータのオフセットを除去する。オフセットの除去は、全期間に渡って、ジャイロセンサ３２１のセンサデータからオフセット値を除算することによって行う。図２０（ａ）は、オフセットの除去後のジャイロセンサ３２１のセンサデータである。ジャイロセンサ３２１が静止している期間のセンサデータがほぼ０で一定となっていることがわかる。

ステップＳ４２０では、ＣＰＵ４０ｃが、ジャイロセンサ３２１の補正パラメータを算出する。ジャイロセンサ３２１の補正パラメータとは、ジャイロセンサ３２１のセンサデータを、ジャイロセンサ３２１が実際に回転した角度（以下、ジャイロセンサ回転角速度）に変換する際に使用する補正係数のことである。

ここで、ジャイロセンサ３２１のＸ軸の補正パラメータの算出方法について説明する。ジャイロセンサの出力値をジャイロセンサ回転角速度に変換するための変換係数であるジャイロセンサ変換係数をジャイロセンサの出力値に乗算すると、ジャイロセンサ回転角速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）が算出される。ジャイロセンサ変換係数は、ジャイロセンサに固有の値であり、仕様として定義されている。ＣＰＵ４０ｃは、期間Ｐｈ３におけるＸ軸のセンサデータを、サンプリング周期ごとに時間積分し、その積分値にジャイロセンサ変換係数を乗算することで、Ｘ軸のジャイロセンサ角速度（ｄｅｇ）を算出する。

ここで、期間Ｐｈ３におけるＸ軸のジャイロセンサ回転角度は、キャリブレーションボックス５の外形状から、９０ｄｅｇであるはずである。しかし、実際に算出される回転角度は、９０ｄｅｇと少し異なる値になることが多い。これは、ジャイロセンサ３２１の回転時のドリフト等によるものである。そこで、ＣＰＵ４０ｃは、Ｘ軸のジャイロセンサ回転角度と９０ｄｅｇとの比を計算し、この比をＸ軸の補正パラメータとして算出する。同様に、ＣＰＵ４０ｃは、期間Ｐｈ７におけるＹ軸のセンサデータを用いてＹ軸の補正パラメータを算出し、期間Ｐｈ５におけるＺ軸のセンサデータを用いてＺ軸の補正パラメータを算出する（図２０（ｂ））。

ステップＳ４２５では、ＣＰＵ４０ｃが、３軸分のオフセット値および補正パラメータを、ジャイロセンサ３２１のキャリブレーション結果として、ＲＡＭ４０ａに記録し、ジャイロセンサ３２１のキャリブレーション処理を終了する。キャリブレーション後、ＣＰＵ４０ｃは、ジャイロセンサ３２１のセンサデータを用いる際、上記のように算出した、ジャイロセンサ３２１のキャリブレーション結果を用いて校正を行うことになる。すなわち、ＣＰＵ４０ｃは、まず全期間に渡ってジャイロセンサ３２１のセンサデータからオフセットを除去する。そして、ジャイロセンサ回転角度を算出する際には、ジャイロセンサ３２１のセンサデータにジャイロセンサ変換係数および補正パラメータを乗算する。

次に、図２１を用いて、ステップＳ３０５における、加速度センサ３２２のキャリブレーション処理の流れを説明する。ステップＳ５００では、ＣＰＵ４０ｃが、ＲＡＭ４０ｃに記録された加速度センサ３２２のセンサデータを読み出す。図２２（ａ）は、ＲＡＭ４０ａに記録された加速度センサ３２２のセンサデータのグラフである。横軸が時間（センサデータの取得時間）、縦軸が出力値である。

ステップＳ５０５では、ＣＰＵ４０ｃが、読み出したセンサデータに基づいて、加速度センサ３２２の３軸のそれぞれのセンサデータのオフセット値を算出する。オフセット値とは、加速度センサ３２２の静止時のドリフトによって、加速度センサ３２２のセンサデータに加算されてしまう値のことである。ＣＰＵ４０ｃは、図２２（ｂ）のように、期間Ｐｈ２，Ｐｈ４における加速度センサ３２２のセンサデータを時間平均することによってオフセット値を算出する。より具体的には、ＣＰＵ４０ｃは、期間Ｐｈ２の加速度センサ３２２のＸ軸およびＹ軸のセンサデータに基づいてＸ軸およびＹ軸のオフセット値を算出し、期間Ｐｈ４の加速度センサ３２２のＺ軸のセンサデータに基づいてＺ軸のオフセット値を算出する。

ステップＳ５１０では、ＣＰＵ４０ｃが、加速度センサ３２２の３軸のそれぞれのセンサデータのオフセットを除去する。オフセットの除去は、全期間に渡って、加速度センサ３２２のセンサデータからオフセット値を除算することによって行う。図２３（ａ）は、オフセットの除去後の加速度センサ３２２のセンサデータである。加速度センサ３２２の各軸について、重力方向を向いていない期間のセンサデータがほぼ０で一定となっていることがわかる。

ステップＳ５１５では、ＣＰＵ４０ｃが、加速度センサ３２２の補正パラメータを算出する。加速度センサ３２２の補正パラメータとは、加速度センサ３２２のセンサデータを、加速度センサ３２２が実際に受けた加速度（以下、加速度センサ加速度）に変換する際に使用する補正係数のことである。

ここで、加速度センサ３２２のＸ軸の補正パラメータの算出方法について説明する。加速度センサ３２２の出力値を加速度センサ加速度に変換するための変換係数である加速度センサ変換係数を加速度センサ３２２の出力値に乗算すると、加速度センサ加速度（ｍ／ｓｅｃ^２）が算出される。加速度センサ変換係数は、加速度センサに固有の値であり、仕様として定義されている。ＣＰＵ４０ｃは、期間Ｐｈ６におけるＸ軸のセンサデータの時間平均を求め、求めた時間平均に加速度センサ変換係数を乗算することで、Ｘ軸の加速度センサ加速度を算出する。

ここで、期間Ｐｈ６におけるＸ軸の加速度センサ加速度は、重力加速度と一致するので、１Ｇすなわち９．８（ｍ／ｓｅｃ^２）であるはずである。しかし、実際に算出される加速度は、１Ｇと少し異なる値になることが多い。これは、加速度センサ３２２の回転時のドリフト等によるものである。そこで、ＣＰＵ４０ｃは、Ｘ軸の加速度センサ加速度と１Ｇとの比を計算し、この比をＸ軸の補正パラメータとして算出する。同様に、ＣＰＵ４０ｃは、期間Ｐｈ４におけるＹ軸のセンサデータを用いてＹ軸の補正パラメータを算出し、期間Ｐｈ２におけるＺ軸のセンサデータを用いてＺ軸の補正パラメータを算出する（図２３（ｂ））。

ステップＳ５２０では、ＣＰＵ４０ｃが、３軸分のオフセット値および補正パラメータを、加速度センサ３２２のキャリブレーション結果として、ＲＡＭ４０ａに記録し、加速度センサ３２２のキャリブレーション処理を終了する。キャリブレーション後、ＣＰＵ４０ｃは、加速度センサ３２２のセンサデータを用いる際、上記のように算出した、加速度センサ３２２のキャリブレーション結果を用いて校正を行うことになる。すなわち、ＣＰＵ４０ｃは、まず全期間に渡って加速度センサ３２２のセンサデータからオフセットを除去する。そして、加速度センサ加速度を算出する際には、加速度センサ３２２のセンサデータに加速度センサ変換係数および補正パラメータを乗算する。

次に、図２４を用いて、ステップＳ３１０における、地磁気センサ３２３のキャリブレーション処理の流れを説明する。ステップＳ６００では、ＣＰＵ４０ｃが、ＲＡＭ４０ａに記録された地磁気センサ３２３のセンサデータを読み出す。図２５（ａ）は、ＲＡＭ４０ａに記録された地磁気センサ３２３のセンサデータのグラフである。横軸が時間（センサデータの取得時間）、縦軸が出力値である。

ステップＳ６０５では、ＣＰＵ４０ｃが、読み出したセンサデータに基づいて、地磁気センサ３２３の３軸のそれぞれのセンサデータのオフセット値を算出する。オフセット値とは、地磁気センサ３２３の静止時のドリフトによって、地磁気センサ３２３のセンサデータに加算されてしまう値のことである。ＣＰＵ４０ｃは、図２５（ｂ）のように、期間Ｐｈ２，Ｐｈ４，Ｐｈ６における地磁気センサ３２３のセンサデータを時間平均することによってオフセット値を算出する。より具体的には、ＣＰＵ４０ｃは、期間Ｐｈ２の地磁気センサ３２３のＺ軸のセンサデータに基づいてＺ軸のオフセット値を算出し、期間Ｐｈ４の地磁気センサ３２３のＹ軸のセンサデータに基づいてＹ軸のオフセット値を算出し、期間Ｐｈ６の地磁気センサ３２３のＸ軸のセンサデータに基づいてＸ軸のオフセット値を算出する。

ステップＳ６００では、ＣＰＵ４０ｃが、地磁気センサ３２３の３軸のそれぞれのセンサデータのオフセットを除去する。オフセットの除去は、全期間に渡って、地磁気センサ３２３のセンサデータからオフセット値を除算することによって行う。図２６（ａ）は、オフセットの除去後の地磁気センサ３２３のセンサデータである。地磁気センサ３２３の各軸について、重力方向を向いている期間のセンサデータがほぼ０で一定となっていることがわかる。

ステップＳ６１５では、ＣＰＵ４０ｃが、地磁気センサ３２３の補正パラメータを算出する。地磁気センサ３２３の補正パラメータとは、地磁気センサ３２３のセンサデータを、地磁気センサ３２３が実際に受けた地磁気（以下、地磁気センサ地磁気）に変換する際に使用する補正係数のことである。

ここで、地磁気センサ３２３の補正パラメータの算出方法について説明する。まず、図２６（ｂ）のように、期間Ｐｈ２における地磁気センサ３２３のＸ軸のセンサデータの時間平均をＭｘ１、Ｙ軸のセンサデータの時間平均をＭｙ１とする。同様に、期間Ｐｈ４における地磁気センサ３２３のＸ軸のセンサデータの時間平均をＭｘ１、Ｚ軸のセンサデータの時間平均をＭｚ１とする。このとき、地磁気センサ３２３のＸ軸のセンサデータの時間平均は、期間Ｐｈ２，Ｐｈ４のいずれにおいても、同様の値Ｍｘ１である。これは、期間Ｐｈ２，Ｐｈ４でキャリブレーションボックス５のＸ軸方向は変化していないからである。

さらに、期間Ｐｈ６における地磁気センサ３２３のＹ軸のセンサデータの時間平均をＭｙ２、Ｚ軸のセンサデータの時間平均をＭｚ１とする。このとき、地磁気センサ３２３のＺ軸のセンサデータの時間平均は、期間Ｐｈ４，Ｐｈ６のいずれにおいても、同様の値Ｍｚ１である。これは、期間Ｐｈ４，Ｐｈ６でキャリブレーションボックス５のＺ軸方向は変化していないからである。

地磁気センサ３２３の出力値を地磁気センサ地磁気に変換するための変換係数である地磁気センサ変換係数に地磁気センサ３２３の出力値を乗算すると、地磁気センサ地磁気（Ｔ、テスラ）が算出される。地磁気センサ変換係数は、地磁気センサに固有の値であり、仕様として定義されている。ＣＰＵ４０ｃは、期間Ｐｈ２，Ｐｈ４，Ｐｈ６における３軸のそれぞれのセンサデータに地磁気センサ変換係数を乗算することで、３軸のそれぞれの地磁気センサ地磁気を算出する。

ここで、期間Ｐｈ２において、Ｍｘ１とＭｙ１に地磁気センサ変換係数を乗算し、それらの乗算結果の２乗和をとると、実際の地磁気Ｅ（Ｔ）の２乗となるはずである。しかし、実際に算出される値は、地磁気Ｅと少し異なる値になることが多い。これは、地磁気センサ３２３の回転時のドリフト等によるものである。そこで、ＣＰＵ４０ｃは、地磁気センサ３２３のＸ軸のセンサデータおよびＹ軸のセンサデータに乗算する補正係数を算出し、これらをＸ軸の補正パラメータおよびＹ軸の補正パラメータとする。期間Ｐｈ４，Ｐｈ６においても、同様の考え方で、ＣＰＵ４０ｃは、地磁気センサ３２３のＺ軸のセンサデータに乗算する補正係数を算出し、これをＺ軸の補正パラメータとする。

ここで、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの地磁気センサ変換係数をＣｘ、Ｃｙ、Ｃｚ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの補正パラメータをγｘ、γｙ、γｚとすると、以下の関係式（（１）式、（２）式、（３）式）が成り立つ。

地磁気センサ変換係数Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚおよび地磁気Ｅは既知であるので、上記の関係式から地磁気センサ３２３の補正パラメータγｘ，γｙ，γｚを求めることができる。

続いて、ステップＳ６２０では、ＣＰＵ４０ｃが、３軸分のオフセット値および補正パラメータを、地磁気センサ３２３のキャリブレーション結果として、ＲＡＭ４０ａに記録し、地磁気センサ３２３のキャリブレーション処理を終了する。キャリブレーション後、ＣＰＵ４０ｃは、地磁気センサ３２３のセンサデータを用いる際、上記のように算出した、地磁気センサ３２３のキャリブレーション結果を用いて校正を行うことになる。すなわち、ＣＰＵ４０ｃは、まず全期間に渡って地磁気センサ３２３のセンサデータからオフセットを除去する。そして、地磁気センサ地磁気を算出する際には、地磁気センサ３２３のセンサデータに地磁気センサ変換係数および補正パラメータを乗算する。

次に、図２７を用いて、ステップＳ３１５における、距離センサ３００のキャリブレーション処理の流れを説明する。ステップＳ７００では、ＣＰＵ４０ｃが、ＲＡＭ４０ａに記録された距離センサ３００のセンサデータを読み出す。図２８（ａ）は、ＲＡＭ４０ａに記録された距離センサ３００のセンサデータのグラフである。横軸が時間（センサデータの取得時間）、縦軸が出力値である。前述したように、距離センサにおいて、出力値と測定した距離とは反比例の関係にある。そのため、測定した距離が小さいほど、出力値は大きくなり、測定した距離が大きいほど、出力値は小さくなる。

ステップＳ７０５では、ＣＰＵ４０ｃが距離センサ３００のセンサデータのサンプル値を算出する。このとき、ＣＰＵ４０ｃは、図２８（ｂ）のように、期間Ｐｈ２，Ｐｈ４のそれぞれにおける距離センサ３００のセンサデータを時間平均することによってサンプル値を算出する。期間Ｐｈ２では、図１１（ａ）のように、回転板５３が、先端アダプタ１から前方に距離Ｄ１だけ離れた位置に静止している。また、期間Ｐｈ４では、図１１（ｂ）のように、回転板５３が、回転板５３の主面とキャリブレーションボックス５の内壁とが略平行な状態で静止している。期間Ｐｈ２の距離センサ３００のセンサデータからサンプル値１が算出され、期間Ｐｈ４の距離センサ３００のセンサデータからサンプル値２が算出される。

図２９（ａ）は、算出された２つのサンプル値をプロットしたグラフである。横軸が距離、縦軸が出力値である。

ステップＳ７１０では、ＣＰＵ４０ｃが、算出した２つのサンプル値に基づいて、出力値と距離との関係式を算出する。図２９（ｂ）は、出力値と距離との関係をプロットしたグラフである。上記の通り、両者は反比例の関係にあるので、２つのサンプル値のみで、両者の関係式を算出できる。

ステップＳ７１５では、ＣＰＵ４０ｃが、出力値と距離との関係式を、距離センサ３００のキャリブレーション結果として、ＲＡＭ４０ａに記録し、距離センサ３００のキャリブレーション処理を終了する。キャリブレーション後、ＣＰＵ４０ｃは、距離センサ３００のセンサデータを用いる際、上記のように算出した距離センサ３００のキャリブレーション結果を用いて校正を行うことになる。すなわち、ＣＰＵ４０ｃは、上記の関係式を用いて、距離センサ３００のセンサデータを距離データに変換する。

本実施形態では、ジャイロセンサ３２１、加速度センサ３２２、地磁気センサ３２３、および距離センサ３００が先端アダプタ１に搭載されているが、先端アダプタ１に搭載されるセンサは、ジャイロセンサ３２１と、加速度センサ３２２、地磁気センサ３２３、および距離センサ３００のうちの１つ以上とであればよい。また、本実施形態では、センシングソフトが表示器３に搭載されているが、センシングソフトが先端アダプタ１または内視鏡装置２に搭載されていてもよい。

上述したように、本実施形態によれば、表示器３のＣＰＵ４０ｃが、ジャイロセンサ３２１のセンサデータに基づいて、ハウジングであるキャリブレーションボックス５の複数の姿勢に対応した複数の期間を算出し、複数の期間における加速度センサ３２２、地磁気センサ３２３、および距離センサ３００のセンサデータに基づいて各センサのキャリブレーションを行う。本実施形態では、ユーザがキャリブレーションボックス５を所定の手順で回転させることによって、各センサを回転させるための機構や回転軸の方向を検出するための機構が不要となるので、各センサのキャリブレーションを行うための構成をより簡易にすることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１・・・先端アダプタ、２・・・内視鏡装置、３・・・表示器、４・・・通信線、５・・・キャリブレーションボックス、１０・・・外装カバー、１３・・・メインボード、１４・・・センサボード、１５・・・フラットケーブル、２０・・・内視鏡挿入部、２１・・・内視鏡装置本体、２２，４１・・・モニタ、２３・・・リモコン、３０ａ・・・撮像光学系、３０ｂ・・・撮像素子、３１・・・画像信号処理装置、３２・・・光源、３３・・・湾曲制御ユニット、３４，４０・・・制御用コンピュータ、３４ａ，４０ａ・・・ＲＡＭ、３４ｂ，４０ｂ・・・ＲＯＭ、３４ｃ，４０ｃ・・・ＣＰＵ、３４ｄ，４０ｄ・・・ＲＳ２３２Ｃ Ｉ／Ｆ、３４ｅ・・・カード Ｉ／Ｆ、４２・・・電源供給部、３００・・・距離センサ、３０１・・・発光レンズ、３０２・・・受光レンズ、３０３・・・ＬＥＤ、３０４・・・光位置センサ、３１０・・・マイコン、３２１・・・ジャイロセンサ、３２２・・・加速度センサ、３２３・・・地磁気センサ

Claims (10)

1. ジャイロセンサと、
   地磁気センサ、加速度センサ、および距離センサのうち少なくとも１つのセンサと、
   前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも１つのセンサが搭載され、少なくとも２つの姿勢が定義されているハウジングと、
   前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも１つのセンサの出力値を取得するプロセッサと、を備え、
   前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第１の姿勢であるときの第１の期間、および前記ハウジングの姿勢が第２の姿勢であるときの第２の期間を算出し、前記第１の期間および前記第２の期間における前記少なくとも１つのセンサの出力値に基づいて前記少なくとも１つのセンサのキャリブレーションを行う
   ことを特徴とするキャリブレーション装置。
2. 前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が前記第１の姿勢から前記第２の姿勢に移行しているときの移行期間を算出し、前記第１の期間または前記第２の期間における前記ジャイロセンサの出力値と、前記移行期間における前記ジャイロセンサの出力値とに基づいて前記ジャイロセンサのキャリブレーションを行うことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション装置。
3. 前記ジャイロセンサは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸のジャイロセンサであり、
   前記ハウジングの４つの姿勢が定義されており、
   前記プロセッサは、
   前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第１の姿勢であるときの第１の期間、前記ハウジングの姿勢が第２の姿勢であるときの第２の期間、前記ハウジングの姿勢が第３の姿勢であるときの第３の期間、前記ハウジングの姿勢が第４の姿勢であるときの第４の期間、前記ハウジングの姿勢が前記第１の姿勢から前記第２の姿勢に移行しているときの第１の移行期間、前記ハウジングの姿勢が前記第２の姿勢から前記第３の姿勢に移行しているときの第２の移行期間、および前記ハウジングの姿勢が前記第３の姿勢から前記第４の姿勢に移行しているときの第３の移行期間を算出し、
   前記第１の期間、前記第２の期間、前記第３の期間、および前記第４の期間のいずれかの期間における前記ジャイロセンサの出力値に基づいて前記ジャイロセンサの３軸のオフセットを算出し、
   前記第１の移行期間、前記第２の移行期間、および前記第３の移行期間における前記ジャイロセンサの出力値に基づいて前記ジャイロセンサの３軸の補正係数を算出する
   ことを特徴とする請求項２に記載のキャリブレーション装置。
4. 前記加速度センサは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加速度センサであり、
   前記ハウジングの３つの姿勢が定義されており、
   前記プロセッサは、前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第１の姿勢であるときの第１の期間、前記ハウジングの姿勢が第２の姿勢であるときの第２の期間、および前記ハウジングの姿勢が第３の姿勢であるときの第３の期間を算出し、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間における前記加速度センサの出力値に基づいて前記加速度センサのキャリブレーションを行う
   ことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション装置。
5. 前記プロセッサは、
   前記第１の期間および前記第２の期間の一方における前記加速度センサの出力値に基づいて前記加速度センサの３軸のうち２軸のオフセットを算出し、
   前記第１の期間および前記第２の期間の他方における前記加速度センサの出力値に基づいて前記加速度センサの３軸のうち残り１軸のオフセットを算出し、
   前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間における前記ジャイロセンサの出力値に基づいて前記加速度センサの３軸の補正係数を算出する
   ことを特徴とする請求項４に記載のキャリブレーション装置。
6. 前記地磁気センサは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加速度センサであり、
   前記ハウジングの３つの姿勢が定義されており、
   前記プロセッサは、
   前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第１の姿勢であるときの第１の期間、前記ハウジングの姿勢が第２の姿勢であるときの第２の期間、および前記ハウジングの姿勢が第３の姿勢であるときの第３の期間を算出し、
   前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間における前記地磁気センサの出力値に基づいて前記地磁気センサのキャリブレーションを行う
   ことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション装置。
7. 前記プロセッサは、前記第１の期間、前記第２の期間、および前記第３の期間における前記地磁気センサの出力値に基づいて前記地磁気センサの３軸のオフセットおよび補正係数を算出する
   ことを特徴とする請求項６に記載のキャリブレーション装置。
8. 前記プロセッサは、前記第１の期間および前記第２の期間における前記距離センサの出力値に基づいて前記距離センサのキャリブレーションを行うことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション装置。
9. 前記ハウジングの姿勢が前記第１の姿勢であるときと前記第２の姿勢であるときとで、前記ハウジングの内部の構造体と前記距離センサとの距離が異なることを特徴とする請求項８に記載のキャリブレーション装置。
10. ジャイロセンサと、
    地磁気センサ、加速度センサ、および距離センサのうち少なくとも１つのセンサと、
    前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも１つのセンサが搭載され、少なくとも２つの姿勢が定義されているハウジングと、
    前記ジャイロセンサおよび前記少なくとも１つのセンサの出力値を取得するプロセッサと、を備えたキャリブレーション装置の前記プロセッサに、
    前記ジャイロセンサの出力値に基づいて、前記ハウジングの姿勢が第１の姿勢であるときの第１の期間、および前記ハウジングの姿勢が第２の姿勢であるときの第２の期間を算出する第１のステップと、
    前記第１の期間および前記第２の期間における前記少なくとも１つのセンサの出力値に基づいて前記少なくとも１つのセンサのキャリブレーションを行う第２のステップと、
    を実行させるためのプログラム。

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